Усилитель мощности на полевых транзисторах схема: Усилители мощности на полевых транзисторах

Содержание

Russian HamRadio — Усилитель мощности на МОП

Современные мощные МОП транзисторы работоспособны в широком интервале частот (1,8…175 МГц) н позволяют получить выходную мощность более 30 Вт. Эти транзисторы обеспечивают усиление по мощности 15…18 дБ и имеют превосходные интермодуляционные характеристики. Новые серии полевых МОП-транзисторов, выпускаемые фирмой Motorola и рядом японских производителей, обладая приведенными выше достоинствами, позволяют получить мощность до 100 Вт на одном транзисторе. По стоимости они сравнимы с обычными выходными лампами.
Преимуществом применения мощных полевых транзисторов в усилителях является их устойчивость в случае отключения антенны или нагрузки, что позволяет обойтись без цепей защиты при увеличении КСВ. Вероятность выхода из строя в такой ситуации мощного полевого транзистора
гораздо меньше, чем биполярного.
Входная и выходная емкости МОП-транзисторов не изменяются в зависимости от рабочей частоты или уровня входного сигнала, что упрощает проектирование усилителей мощности па полевых транзисторах, способных отдавать постоянную мощность в широком интервале частот.
Благодаря высокому входному импедансу полевого транзистора (более 1 МОм по постоянному току) разработка схемы входной цепи достаточно проста. В этом случае для достижения требуемой величины входного имепеданса (50…100 Ом) используют резистор, включаемый параллельно входу.
Резистор между затвором полевого транзистора н корпусом служит также частью делителя для подачи на затвор напряжения смещения. Данный вид соединения является более удобным, чем применение входного широкополосного трансформатора с импедансом 50 Ом. По сравнению с полевым транзистором, биполярный обладает меньшим входным импедансом (порядка 10 Ом), в силу чего более сложным становится обеспечение его согласования с трансформатором.

Внутреннее сопротивление полевого транзистора в проводящем состоянии мало (0,25. ..1 Ом), что дает значительное уменьшение рассеиваемой мощности.
Следует отметить, что для полной раскачки усилителя на полевых транзисторах требуется небольшая мощность подаваемого сигнала. Так, например двухтактный каскад на транзисторах MRF-13S обеспечивает на частоте 7 МГц достижение выходной мощности 60 Вт при мощности входного сигнала всего лишь 288 мВт.
Кое-что о недостатках.

В первую очередь следует отметить вероятность самовозбуждения в области ОВЧ, обусловленную очень широкой полосой рабочих частот полевых МОП-транзисторов. Например для серии MRF усиление составляет около 15…18 дБ на частоте 30 МГц и уменьшается до 10 дБ при 175
МГц.
Для предотвращения самовозбуждения на ОВЧ принимают те же меры, что и для каскадов на лампах уменьшение входного импеданса, последовательное включение в цепь затвора резистора и установка ферритовой трубочки в цепи стока. Следует обратить внимание на хорошую развязку входных и выходных цепей.
Полевой транзистор может выйти из строя быстрее, чем биполярный, так как он весьма чувствителен к большим напряжениям затвора и стока, в частности, к перенапряжениям, возникающим в случае самовозбуждения.

Для защиты транзистора можно установить стабилитроны между затвором и корпусом (рис.1), однако это приводит к некоторому увеличению входной емкости. Рекомендуется подключить диоды защиты на этапе экспериментального монтажа, и затем снять их после создания окончательного варианта схемы и устранения любой возможности самовозбуждения.
Разработка и изготовление усилителя мощности на полевых МОП-транзисторах не вызывают затруднений, если четко выполняются предупредительные меры. В первую очередь следует обратить внимание на печатную плату. При размещении деталей на ней необходимо позаботиться, чтобы входные цепи оказались максимально удалены от выходных.

Токопроводящие дорожки печатной платы должны быть короткими, желательно избегать их изгибов под прямыми углами. В зависимости от того, насколько рационально продумай рисунок печатной платы, паразитная емкость дорожки относительно шины земли может иметь величину от 5 до 50 пФ.
Если для диапазона ОВЧ подобные значения емкости являются значительными, то в области ВЧ (1,5…30 МГц) их наличие не порождает проблем. Фактически на этих частотах паразитные емкости оказываются даже полезными. уменьшая возможность самовозбуждения на ОВЧ.

В схеме, показанной на рис.2, приняты меры по устранению вероятности самовозбуждения. Резисторы R1 н R2 определяют входной импеданс каскада VT1 и служат делителем напряжения смешения транзистора. Уменьшение величины R2 улучшает устойчивость работы схемы. Элементы R3, С1 и С2 образуют стабилизирующую RC-развязку, причем С1 играет свою роль для диапазона ВЧ, а С2 — для ОВЧ. Z1 представляет собой маленькую ферритовую трубочку (бусинку), надетую на проводник вблизи затвора полевого транзистора, которая в сочетании с R4 препятствует самовозбуждению схемы на ОВЧ.
Можно также использовать 2…3 бусинки из феррита с большей магнитной проницаемостью (125…900).
Сопротивление резистора R4 может быть в пределах 10…27 Ом. Конденсатор СЗ устанавливается в усилителе, проектируемом для работы в одном частотном диапазоне. Реактивное сопротивление СЗ должно быть больше учетверенной величины выходного импеданса. Например для диапазона 3,5 МГц его емкость составляет 680 пФ, С4…С7 н L1 образуют цепь развязки стока от источника питания.

Регулировка выходной мощности каскада на полевом транзисторе может проводиться без изменения уровня входного сигнала путем изменения напряжения смещения затвора. Так, например максимальная выходная ВЧ мощность усилителя, равная 125 Вт, может быть уменьшена всего до I Вт изменением напряжения смещения затвора с +3 В до -10 В. Это весьма удобно в усилителях CW и FM, но не рекомендуется для режима SSB из-за уменьшения линейности.
Может возникнуть вопрос: делать усилитель широкополосным или узкополосным? Очевидно, лучше использовать ВЧ-усилитель на мощных полевых транзисторах в узкой полосе частот, подобно ламповым усилителям, из-за более высокого значения КПД.

Например усилитель на мощном полевом транзисторе VN67AS, работающий в диапазоне 28 МГц в режиме класса С, имеет КПД порядка 85%, а для широкополосного двухтактного каскада в режиме класса В величина КПД составляет 72,6%. Для широкополосного усилителя в режиме класса АВ КПД уменьшается до 40…50%.

Усилитель, схема которого приведена на рис.3, имеет выходную мощность 60 Вт. Его транзисторы работают в режиме класса В при напряжении питания 28 В. На частоте 7 МГц при токе потребления 2,95 А КПД усилителя равен 72,6%. Транзисторы работают при напряжении смешения затвора около +1 В. Коэффициент усиления по мощности составляет 23 дБ.
Усилитель может использоваться в диапазонах от 160 м до 10 м при смене только выходного фильтра.
Четыре резистора по 220 Ом определяют величину межзатворного импеданса порядка 210 Ом. Трансформатор Т1 на фсррнтовом кольце с коэффициентом трансформации 4:1 понижает входной импеданс усилителя до 50 Ом.
Параллельно включенные резисторы 3,3 кОм и 2,7 кОм образуют с резисторами затворов делитель для получения необходимого напряжения смешения. Для предотвращения самовозбуждения затворы подключены через резисторы по 15 Ом с надетыми на один из их выводов фсрритовымн бусинками.
Т2 представляет собой высокочастотный дроссель с противофазным включением обмоток, намотанных на ферритовом кольце.
ТЗ является широкополосным трансформатором, преобразующим импеданс 25 Ом между стоками в требуемый для одноднапазонного фильтра 50-омпый. Для увеличения импеданса соотношение витков должно быть 1,5:1 (2 витка первичной обмотки и 3 витка вторичной).
Выходной ФНЧ обеспечивает подавление гармоник на 70 дБ.
При переводе усилителя в режим класса С на затворы транзисторов подается пулевое напряжение смешения. В этом случае при прежней мощности возбуждения выходная мощность каскада составляет 52 Вт, ток потребления — 2,75 А. Немного увеличив входной сигнал, можно восстановить прежнюю величину (60 Вт) выходной мощности.
Коэффициент полезного действия для класса С — 67,5%.

Конструкция.
Усилитель был разработан для работы и одном диапазоне. В силу этого выходной фильтр установлен на общей с остальными деталями печатной плате. При желании использовать усилитель для работы на нескольких диапазонах печатная плата может быть укорочена (по пунктирной линии на рис.5)
, и в этом случае фильтры монтируются на другой плате вблизи переключателя диапазонов.
Т1 — согласующий трансформатор 4:1, изготавливается трифилярной намоткой 10 витков медного провода в эмалевой изоляции диаметром 0,33 мм сквозь 2 ферритовые трубочки, склеенные эпоксидным клеем, или 12 витков трифилярной намотки на сердечнике FT50-43;

Т2 — дроссель с противофазными обмотками, имеет 12 витков бифилярной намотки медного провода в эмалевой изоляции диаметром 0,65 мм на тороидальном сердечнике FT50-43:
ТЗ — широкополосный трансформатор, первичная (два витка провода диаметром 1 мм в пластиковой пли тефлоновой изоляции) и вторичная (3 витка такого же провода) обмотки намотаны сквозь отверстия двух ферритовых трубочек, склеенных между собой эпоксидным клеем.
Катушки фильтра L1…L4 намотаны проводом диаметром 0,65 мм на тороидальных сердечниках Т68-6, число витков для L1 и L4 с индуктивностью 0,79 мкГн — 13, а для L2 н L3 с индуктивностью 1,74 мкГн — 19.
Печатная плата усилителя на рис 4.

Расположение деталей на печатной плате рис 5.

Печатная плата усилителя крепится над радиатором с зазором между ними около 3 мм. Это позволяет установить транзистор с минимальной механической нагрузкой на его корпус. Радиатор имеет те же габариты, что н плата. Излучающую поверхность радиатора лучше сделать ребристой.

Входной и выходной коаксиальные разъемы крепятся к радиатору с помощью уголков.
Катушки индуктивности выходных фильтров наматываются на ферритовых кольцах, а конденсаторы этих фильтров могут быть полистироловыми для частот менее 14 МГц или слюдяными для частот более 14 МГц. Выводы конденсаторов максимально укорачиваются для уменьшения их индуктивности.
Элементы Z1 …7.1 изготовлены продеванием проводника или вывода соответствующего резистора сквозь отверстия одной или, что лучше, нескольких ферритовых бусинок с внешним диаметром от 2 до 5 мм.

Перевод М. Сидоренко.
По материалам QST
N3/83.

материал подготовил А. Кищин (UA9XJK)

Усилитель на полевом транзисторе | Основы электроакустики

Главная » Усилители

Усилитель на полевом транзисторе

Схемотехнические решения, применяемые при построении каскадов на полевых транзисторах, во многом схожи с решениями, используемыми при построении каскадов на биполярных транзисторах. Существующие особенности связаны с отличием собственных свойств этих приборов.При построении аналоговых усилителей на полевых транзисторах наибольшее распространение получила схема каскада с общим истоком. При этом в ней, как правило, применяются либо полевые транзисторы с управляющим p-n переходом, либо МОП-транзисторы со встроенным каналом. На рис.11.13. приведена типовая схема каскада на полевом транзисторе с управляющим p-n переходом и каналом n-типа. Начальный режим работы полевого транзистора обеспечивается постоянным током IС0и соответствующим ему постоянным напряжением на стоке UСИ0 (для биполярного транзистора IK0и UКЭ0). Ток IС0 в выходной (стоковой) цепи устанавливается с помощью источника питания ЕПИТ и начального напряжения смещения на затворе UЗ0 отрицательной полярности (для полевого транзистора с p-каналом – положительной полярности). В свою очередь, напряжение UЗ0 обеспечивается за счет того же самого тока IС0, протекающего через резистор в цепи истока RИ, т. е. UЗ0=IC0RИ. Это напряжение через резистор RЗ прикладывается к затвору с полярностью, приоткрывающей транзистор. Изменяя RИ, можно изменять напряжение UЗ0 и ток стока IC0, устанавливая его требуемое значение.

Рис.11.13. Усилитель на полевом транзисторе

Резистор, кроме функции автоматического смещения на затворе, выполняет функцию термостабилизации режима работы усилителя по постоянному току, стабилизируя IC0. Чтобы на сопротивлении RИ не выделялось напряжение за счет переменной составляющей тока стока IC (это привело бы к ООС по переменному току), его шунтируют конденсатором CИ, емкость которого определяют из условия СИ >> 1/ωRИ, где ω – частота усиливаемого сигнала. Резистор RЗ, включенный параллельно входному сопротивлению усилителя, которое очень велико (сопротивление p-n перехода исток – затвор), должен иметь соизмеримое с ним сопротивление. Динамический режим работы полевого транзистора обеспечивается резистором в цепи стока RC, с которого снимается переменный выходной сигнал при наличии входного усиливаемого сигнала. Обычно RC << RЗ; RЗ ≈ RВХ. Коэффициент усиления каскада на полевом транзисторе в области средних частот определяется равенством КU = – SRC~ , где S – статическая крутизна характеристики полевого транзистора; RC~ = RCRН / (RС + RН).

Знак «–» в выражении 11.11 указывает, что усилительный каскад с ОИ меняет фазу усиливаемого сигнала на 180º (как в усилительном каскаде с ОЭ). В этой схеме можно обеспечить любой из описанных классов усиления, однако наиболее часто она используется в режиме класса А при построении входных каскадов усилителей. Объясняется это следующими преимуществами полевого транзистора перед биполярным: — большее входное сопротивление, что упрощает его согласование с высокоомным источником сигнала;- как правило, меньший коэффициент шума, что делает его более предпочтительным при усилении слабых сигналов; — большая собственная температурная стабильность режима покоя. Вместе с тем каскады на полевых транзисторах обычно обеспечивают получение меньшего коэффициента усиления по напряжению. Из-за схожести выходных ВАХ графический анализ работы усилительного каскада на полевом транзисторе идентичен рассмотренным ранее случаям усилителя на биполярном транзисторе.

Режим работы транзистора в схеме усилительного каскада

Усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером

Методы задания начального режима работы транзистора

Режимы работы биполярного транзистора

Разновидности и режимы работы полевых транзисторов

Классы усиления транзисторных усилительных каскадов

Ключи на полевых транзисторах

Способы обеспечения рабочего режима транзистора

Схема усилителя мощности на полевых МОП-транзисторах мощностью 100 Вт Работа и применение

Схема усилителя мощности на полевых МОП-транзисторах была разработана для обеспечения выходной мощности 100 Вт для управления нагрузкой около 8 Ом. Схема усилителя мощности, разработанная здесь, имеет то преимущество, что она более эффективна с меньшими перекрестными искажениями и общими гармоническими искажениями.

[adsense1]

Outline

Принцип действия:

Эта схема работает по принципу многоступенчатого усиления мощности, состоящего из предварительных усилителей, драйверов и усиления мощности с использованием MOSFET. Предварительное усиление выполняется с помощью дифференциального усилителя, драйверный каскад представляет собой дифференциальный усилитель с токовой зеркальной нагрузкой, а усиление мощности осуществляется с использованием полевого МОП-транзистора класса AB. Полевые МОП-транзисторы имеют преимущество перед биполярными транзисторами в том, что они имеют простую схему управления, менее подвержены термостабильности и имеют высокий входной импеданс. Предварительный усилитель, состоящий из двухкаскадной схемы дифференциального усилителя, используется для получения бесшумного усиленного сигнала. Первый каскад предварительного усилителя состоит из дифференциального усилителя с эмиттерной связью, использующего PNP-транзисторы. Второй каскад состоит из дифференциального усилителя с активной нагрузкой для увеличения коэффициента усиления по напряжению. Схема токового зеркала фактически гарантирует, что выходной ток останется постоянным независимо от изменений напряжения входного сигнала. Затем этот усиленный сигнал подается на каскад двухтактного усилителя, который вырабатывает выходной сигнал высокой мощности.

Также прочитайте пост: Как спроектировать схему усилителя мощности 150 Вт

100 Вт схема мощности мощности мощности:

Схема мощности мощности 100 Вт — ElectronicShub.org

[AdSense2]

Компонент схемы

8, R4: 4K OHMSM30: 4KMSMM: 4K,
- , R4: 4K,
  - , R4: 4K OHM.
  - R2: 100 Ом
  - R3: 50 кОм
  - R5: 1 кОм
  - R6: 50 кОм
  - R7: 10 кОм
  - R8, R9: 100 Ом
  - R10, R13: 470 Ом
  - R11: 100 Ом
  - R12: 3 кОм
  - R14, R15: 0,33 Ом
  - C1: 10 мкФ
  - С2, С3: 18 пФ
  - С4: 100 нФ
  - Q1, Q2: BC556, транзисторы PNP
  - Q3, Q4: MJE340, транзисторы NPN
  - Q5, Q6: MJE350, транзисторы PNP
  - Q7: n-канальный E-MOSFET, IRF530
  - Q8: p канал E-MOSFET, IRF9530
  - В1, В2: +/- 50 В.
  Связанный столб — цепь усилителя субвуфера 100 Вт
  МОСФЕТ СПРАВЛЕНИЯ Схема усилителя мощности. отношение R3/R2 должно быть выше. Это требует, чтобы значение R2 было намного меньше, чем R3. Здесь мы выбираем потенциометр 100 Ом в качестве R2 и резистор 50 кОм в качестве R3.
- Выбор коллекторных резисторов: При дифференциальном усилении около 50 и сопротивлении эмиттера около 100 Ом расчетное значение резисторов R1 и R4 составляет около 4 кОм.
- Выбор конденсатора связи: Здесь мы выбираем конденсатор емкостью 10 мкФ для соединения входного сигнала переменного тока со входом Q1.